Predição da vida em fadiga de compósitos estruturais baseada em análises dinâmico-mecânicas

Resumo

Existem duas principais características responsáveis pelo crescente interesse da indústria aeronáutica em materiais compósitos estruturais. A primeira é a possibilidade de integração entre vários componentes de uma estrutura, reduzindo o número de rebites e o número total de peças da aeronave, a segunda é a possibilidade de posicionar as fibras de carbono nas direções de maior esforço requerido. Essas características permitem projetar cabines maiores e mais confortáveis, reduzindo o consumo de combustível através da redução da potência dos motores, pois se o peso da aeronave for reduzido a potência necessária para impulsioná-la também será menor.Um dos principais motivos do receio da indústria aeronáutica em aplicar compósitos em funções estruturais está em seu complexo e pouco estudado comportamento em fadiga, gerando dúvidas quanto ao melhor momento para substituição do componente, a segurança que este oferece, bem como o modo de falha, que varia com o tipo de tecido empregado na manufatura do componente e o tipo de processamento.A delaminação tem sido outra constante barreira à aplicação de compósitos como material estrutural. Apesar de apresentar alta resistência mecânica e à fadiga, a delaminação pode ocorrer antes que o componente atinja 10³ ciclos, reduzindo a confiabilidade da indústria aeronáutica em aplicar este material. No entanto alguns estudos têm relacionado o comportamento em fadiga com o tipo de tecido e mostraram que tecido do tipo 3D são muito resistentes à delaminação, por esse motivo, este é um dos tipos de tecido que se pretende utilizar neste trabalho. Atualmente, o que tem chamado a atenção da indústria é a possibilidade de predizer a vida em fadiga dos compósitos com o auxílio de modelos matemáticos ou outros tipos de análises, como a análise dinâmico-mecânica, que considera a relaxação das cadeias poliméricas da matriz. O fato de considerar essa característica do material torna a análise mais confiável, pois permite avaliar, inclusive, a força de adesão interfacial do compósito, muito relevante para a análise de compósitos estruturais submetidos a carregamentos cíclicos.A realização do ensaio de tração antes e após a aplicação da carga cíclica por um número determinado de ciclos é justificada pela necessidade de obter o valor do módulo de Young, utilizado na maioria dos modelos matemáticos de predição de vida em fadiga.Os testes de fadiga serão conduzidos em uma faixa de tensão entre 250 MPa e 500 MPa, por abranger as tensões de trabalho às quais os componentes da indústria aeronáutica são mais comumente submetidos, principalmente quando se fala da empenagem, componente alvo a ser processado em moldagem por transferência de resina (RTM).A proposta desse trabalho é relacionar o comportamento em fadiga do material com os resultados de DMA e tração, mostrando como a fadiga reduz a capacidade do material de redistribuir carga através da degradação interfacial fibra/matriz e como o comportamento em fadiga é afetado pela degradação da adesão interfacial.Com isso será possível propor uma relação entre o resultado de DMA, tração e fadiga, reduzindo custos e necessidades de realização de muitos ensaios.